Characteristics of coastal erosion, siltation, and future development in Yazhou Bay, Sanya
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摘要:
基于2018—2022年海岸带地质环境调查数据，分别建立海岸线演变模型和海床冲淤模型，对岸线演变与海床冲淤特征进行分析及预测。结果表明，近几年崖州湾海岸侵蚀主要集中在盐灶河口和崖州中心渔港防浪堤东侧岸段；海岸淤积集中在月亮岛（人工岛）波影区和崖州湾科技城岸段。岸线演变预测显示，20年后崖州湾岸线最大蚀退距离约33 m，位于盐灶河口东侧；岸线最大淤进距离约99 m，位于月亮岛引桥下西侧。冲淤变化预测显示，海床最大冲刷强度约0.14 m/a，位于月亮岛外侧水域；最大淤积强度约0.07 m/a，位于科技城近岸水域。主要原因是月亮岛、中心渔港和南山港的建设改变了局部输沙方向，同时造成水动力条件的改变，从而影响整体冲淤格局。
Abstract:The geological survey data of the coastal zone from 2018 to 2022 in Yazhou Bay, Hainan Province, South China, were analyzed, based on which the characteristics of shoreline evolution and seabed scouring and siltation were revealed by modeling. Results indicate that in recent years, erosion along the Yazhou Bay coast was mainly concentrated in the section east of the Yanzao River estuary and east of the wave barrier of the Yazhou Bay Central Fishing Port. Siltation along the coast took place mainly in the wave shadow area of the Moon Island (artificial island) and the area of the Yazhou Bay Science and Technology City. Shoreline evolution predictions show that in future 20 years, the maximum retreat distance of the Yazhou Bay coast will be approximately 33 m in the east side of the Yanzao River estuary; and the maximum siltation distance will be approximately 99 m in the western side of the Moon Island bridge. Scouring and siltation change predictions indicate that the maximum scouring intensity of the seabed is approximately 0.14 m/a, located in the outer waters of Moon Island; the maximum siltation intensity is approximately 0.07 m/a, located in the nearshore waters of the Science and Technology City. The main reason is the construction of the Moon Island, the Central Fishing Port, and Nanshan Port, which have altered the local sediment transport direction and subsequently changed hydrodynamic conditions, thus affecting the overall scouring and siltation pattern.
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0. 引言
海岸带处于海陆相互作用的交界处，在多种因素的综合作用下，极易造成海岸侵蚀和淤积，对海岸工程、岸线防护等产生不利影响。长期以来，学者们在三亚海岸演变方面做了大量研究工作[1-13]，但主要集中在三亚湾[2-4]、亚龙湾[5-6]和海棠湾[7]等旅游热门海湾，以及曾开展了大型填海工程的红塘湾[8-9]，崖州湾因开发较晚，相关的研究工作较为缺乏。王世俊[10]通过模拟崖州湾岸线变化过程，对拟建三亚服务基地项目影响下的崖州湾岸线演变趋势及环境影响进行研究，三亚服务基地项目因涉及大面积填海，工程未得到批复；童朝峰等[11]分析了波浪和风力等因素对南山港航道淤积的影响，并探讨了崖州湾进港航道回淤特征及机制；潘卫红等[12]分析了崖州湾宁远河河口区现代沉积特征；瞿洪宝等[13]分析了崖州湾表层沉积物空间分布特征及其受控机制，以及崖州湾海床沉积动力环境特征。以上研究主要聚焦湾内特定工程或某方面地质特征等，对整个海岸演变方面的系统研究较少。
近几年，崖州湾部分砂质岸滩侵淤较为严重，对湾区生态环境和城市建设影响较大。2022年9月，三亚市发改委批复了崖州湾海洋生态保护修复工程项目的立项，拟开展河口生态空间恢复、湿地水文动力恢复、河口岸线生态修复工程等。为研究崖州湾海岸演变过程，2018—2022年海南省海洋地质调查院在该区域陆续开展了4期海岸带地质环境调查评价工作。通过RTK测量、单波束测深、无人机航测、遥感解译、水文观测和底质取样等调查手段获取数据（图1），系统分析崖州湾岸线变化特征和海岸侵蚀淤积特征，综合多期次调查成果开展岸线演变预测和海床冲淤变化模拟研究，旨在为湾区生态保护修复和国土空间规划提供技术支撑。
1. 研究区概况
崖州湾位于海南省三亚市崖州区（图1），湾区面积约61 km2，湾区内有月亮岛（人工岛）、崖州中心渔港和南山港等近岸工程，是崖州区“三城三地”总体发展规划重点区域，也是海南自由贸易港建设重点规划布局区域。崖洲湾为海蚀-海积型港湾，西起角头岭，湾内为海积型砂质海岸，东至南山基岩岬角，南山角为海蚀型基岩海岸。崖州湾湾口向南，东西宽度约19 km，湾内岸线长约24 km，湾顶有盐灶河在西港入湾，湾顶东侧有宁远河在港门港入湾。湾内地形东陡西缓，向海呈阶梯状下降，水深介于0～25 m，具有典型的弧形海岸特征。崖州湾海域潮汐属于混合的不正规日潮，以半日潮为主，平均潮差为0.8 m；波浪以偏S向浪为主，年均波高约为0.7 m，受热带气旋影响最大波高可达7 m，多出现于秋季[13]。
2. 数据来源与研究方法
2.1 数据来源
研究数据主要来源于2018—2022年实施的“海南岛海岸带地质环境调查评价与监测”项目，调查工作内容见图1。其中，遥感数据由自然资源海南省卫星应用技术中心提供，选取了1990—2020年7期（每期隔5年）的遥感影像。1990、1995和2000年的影像分辨率为15 m，2005和2010年的影像分辨率为2 m，2015和2020年的影像分辨率为0.5 m，采用目视解译方法[14-17]，提取不同时期海岸线信息，分析近30年来崖州湾海岸线时空分布特征和变化规律。
2018—2022年，在崖州湾布设19条岸滩剖面测线和6条海底剖面测线（图1），开展了4期剖面监测。岸滩-海底剖面测量采用GNSS-RTK技术[18]，岸滩剖面测量使用RTK，海底剖面测量使用无人船搭载RTK和单波束测深仪，RTK作业时连接海南测绘地理信息局HiCORS系统，平面和高程精度均为厘米级。获取的点数据利用南方CASS软件生成剖面图，通过多期次剖面图的对比，分析海岸侵蚀淤积特征。
2020年7月，在崖州湾海域布设1个站位（图1）开展大、小潮期水文观测同步悬浮泥沙测验，分析该海域的潮流动力条件，建立潮流数学模型；2020年6月，在岸滩-海底剖面测线上均匀布设底质取样76站位（图1），采集样品进行粒度分析测试，综合潮位、流速、流向数据分析沉积物运移趋势，建立泥沙数学模型；收集了交通运输部天津水运工程科学研究所2020年在崖州湾南山港附近海域的波浪观测数据，推求近海波浪要素及波浪场，建立波浪数学模型。采用数值模拟方法[19-24]，分析海岸演变规律。
2.2 海岸线演变模型建立
采用丹麦水工试验所（Danish Hydraulic Institute，简称DHI）开发的LITPACK模型预测计算岸线演变，并构建岸线演变模型。LITLINE模块可模拟海岸结构物建设引起沿岸输沙能力变化所导致的岸线演化问题。与其他一线模型类似，LITLINE中的岸线演变计算也是建立在单线理论的基础上，假设岸滩剖面在变形过程中保持不变，海岸泥沙运动的向岸和向海侧2条界线保持不变，等深线与岸线平行，岸滩演变可简化为剖面的前进或后退。模块基于求解海岸带区域内的泥沙质量守恒方程的方法模拟岸线演化问题，控制方程如下：
$$ \frac{\partial y\mathrm{_c}\left(x\right)}{\partial t}=-\frac{1}{h_{\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{t}}\left(x\right)}\frac{\partial Q\left(x\right)}{\partial x}+\frac{Q_{\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{u}}\left(x\right)}{h_{\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{t}}\left(x\right)\Delta x} $$ (1) 式中：
$ y\mathrm{_c}\left(x\right) $ 为离岸距离，m；$ t $ 为时间，s；$ {h}_{\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{t}} $ 为存在冲淤的横向剖面高程，m；$ Q\left(x\right) $ 为沿岸体积输沙强度，m3/s；$ x $ 为沿岸坐标，m；$ \mathrm{\Delta }x $ 为沿岸方向空间步长，m；$ {Q}_{\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{u}} $ 为单位空间步长的泥沙源汇强度，m3/s。LITLINE模块控制方程基于有限差分方法求解，方程中相应变量配置到水平等距交错网格上。相应输沙率信息由LITTABL模块事先计算好的空间点上的泥沙输移表插值获得。
LITLINE模块输入变量包括岸滩剖面地形、潮位、潮流、波浪、水工结构物位置及尺寸和输沙率等。变量使用实测数据，其中潮流采用泥沙起动公式，估算近岸破波带内潮流作用下的起动流速：
$$ U_{\mathrm{c}} = \left(\frac{h}{D}\right)^{0.14}\left(17.6\frac{\rho_{\mathrm{s}}-\rho}{\rho}D+6.05\times10^{-7}\frac{10+h}{D^{0.72}}\right)^{0.5} $$ (2) 式中：
$ {U}_{\mathrm{c}} $ 为起动流速，m/s；$ h $ 为水深，m；$ D $ 为泥沙中值粒径，μm；$ {\rho }_{\mathrm{s}} $ 、$ \rho $ 分别为泥沙和水体的密度，kg/m3。公式（2）计算结果表明，在水深约为2 m的近岸部分，泥沙起动流速约为0.53 m/s，在水深约为5 m的近岸部分，泥沙起动流速约为0.62 m/s，在水深约为10 m的近岸区域，泥沙起动流速约为0.68 m/s。根据崖州湾实测流速资料，潮流对破波带外的泥沙运动的影响较为显著，对近岸区泥沙影响较小[12-13]，因此本次模拟中不考虑潮流作用。
使用2020年崖州湾南山港附近海域分频分级波浪资料推算至近岸作为波浪输入条件。模型输沙率采用LINTABL模块计算的泥沙输移表作为输入。LINTABL通过调用输沙率计算模块LITDRIF计算在设定范围的水位、流速、波高、波周期、波向等组合下的沿岸输沙量，获得泥沙输移表。在采用LITLINE模拟岸线变形时，直接调用LINTABL计算得到的泥沙输移表通过插值获得计算格点上的输沙率。泥沙粒径使用2020年76个底质采样分析资料中近岸区域底质粒径分区给定。
2.3 海床冲淤模型建立
采用MIKE21软件建立二维水动力泥沙数学模型进行海床冲淤变化预测，并充分考虑潮流、波浪对泥沙运动的影响[25-26]。
潮流模型使用MIKE21软件包中的HD FM模块建立，对工程海域的流场进行计算分析。二维潮流数学模型控制方程组为沿垂向积分平均的浅水流动质量和动量连续方程，可分别表示为：
连续方程：
$$ \frac{\partial h}{\partial t}+\frac{\partial h\overline{u}}{\partial x}+\frac{\partial h\overline{v}}{\partial y}=hS $$ (3) X方向动量方程：
$$ \begin{split} & \frac{\partial h\overline{u}}{\partial t}+\frac{\partial h\overline{u}^2}{\partial x}+\frac{\partial h\overline{vu}}{\partial y}=f\overline{v}h-\mathrm{g}h\frac{\partial\eta}{\partial x}-\frac{h}{\rho_0}\frac{\partial p_{\mathrm{a}}}{\partial x}- \\ & \frac{\mathrm{g}h^2}{2\rho_0}\frac{\partial\rho}{\partial x}+\frac{\tau_{sx}}{\rho_0}-\frac{\tau_{bx}}{\rho_0}-\frac{1}{\rho_0}\left(\frac{\partial s_{xx}}{\partial x}+\frac{\partial s_{xy}}{\partial y}\right)+ \\ & \frac{\partial}{\partial x}\left(hT_{xx}\right)+\frac{\partial}{\partial x}\left(hT_{xy}\right)+hu_{\mathrm{s}}S \end{split} $$ (4) Y方向动量方程：
$$ \begin{split} & \frac{\partial h\overline{v}}{\partial t}+\frac{\partial h\overline{uv}}{\partial x}+\frac{\partial h\overline{v}^2}{\partial y}=-f\overline{u}h-\mathrm{g}h\frac{\partial\eta}{\partial y}-\frac{h}{\rho_0}\frac{\partial p_{\mathrm{a}}}{\partial y}- \\ & \frac{\mathrm{g}h^2}{2\rho_0}\frac{\partial\rho}{\partial y}+\frac{\tau_{sy}}{\rho_0}-\frac{\tau_{by}}{\rho_0}-\frac{h}{\rho_0}\left(\frac{\partial s_{yx}}{\partial x}+\frac{\partial s_{yy}}{\partial y}\right)+ \\ & \frac{\partial}{\partial x}\left(hT_{xy}\right)+\frac{\partial}{\partial y}\left(hT_{yy}\right)+hv\mathrm{_s}S\end{split} $$ (5) 式中：
$ t $ 为时间，s；$ x $ 、$ y $ 为笛卡尔坐标系空间坐标，m；$ \eta $ 为水面高程，m；$ d $ 为水深，m；$ h $ 为总水深，$ h=\eta +d $ ，m；$ u $ 、$ v $ 为流速在$ x $ 、$ y $ 方向上的分量，m/s；$ f $ 为科氏力，N；g为重力加速度，m/s2；
$ \rho $ 为水体密度，kg/m3；$ {\rho }_{0} $ 为参考密度，kg/m3；$ p_{\mathrm{a}} $ 为大气压强，N/m2；$ {s}_{xx} $ 、$ {s}_{xy} $ 、$ {s}_{yx} $ 、$ {s}_{yy} $ 为辐射应力分量，N/m2；$ {T}_{xx} $ 、$ {T}_{xy} $ 、$ {T}_{xy} $ 、$ {T}_{yy} $ 为水平粘滞应力，N/m2；（
$ {\tau }_{sx} $ ，$ {\tau }_{sy} $ ）和（$ {\tau }_{bx} $ ，$ {\tau }_{by} $ ）为水面和底床的切应力在$ x $ 、$ y $ 方向上的分量，N/m2；$ S $ 为源汇项流量；$ {u}_{s} $ 、$ {v}_{s} $ 为源汇项对应的速度分量，m/s。波浪模型使用MIKE21软件包的SW波浪模块进行计算，用于泥沙运动和淤积计算提供波浪场。在直角坐标系中，SW模块控制方程表示为：
$$ \frac{\partial N}{\partial t}+\nabla \cdot \left(\overrightarrow{v}N\right)=\frac{S}{\sigma } $$ (6) $$ \left({c}_{x},{c}_{y}\right)=\frac{d\overrightarrow{x}}{dt}=\overrightarrow{{c}_{g}}+\overrightarrow{U} $$ (7) $$ {c}_{\sigma }=\frac{d\sigma }{dt}=\frac{\partial \sigma }{\partial d}\left[\frac{\partial d}{\partial t}+\overrightarrow{U}\cdot {\nabla }_{\overrightarrow{x}}d\right]-{c}_{g}\overrightarrow{k}\cdot \frac{\partial \overrightarrow{U}}{\partial s} $$ (8) $$ {c}_{\theta }=\frac{d\theta }{dt}=-\frac{1}{k}\left[\frac{\partial \sigma }{\partial d}\frac{\partial d}{\partial m}+\overrightarrow{k}\cdot \frac{\partial \overrightarrow{U}}{\partial m}\right] $$ (9) 式中：
$ N $ 为动谱密度，W/Hz；$ t $ 为时间，s；$ \overrightarrow{x} $ 为笛卡尔坐标系，m；$ \sigma $ 为波群速度，$\overrightarrow{v}=\left(c_x, c_y, c_\sigma, c_\theta\right) $ ，m/s；$ S $ 为能量平衡方程中的源项，W/m3；$ (c_x,c_y) $ 为波作用在地理空间(x, y)中的传播速度，m/s；$\overrightarrow {c_{\mathrm{g}}} $ 和$c_{\mathrm{g}} $ 为波的传播速度，m/s；$\overrightarrow U $ 为流速，m/s；$\overrightarrow k $ 为波数；$ \nabla $ 为微分算子；$ s $ 为波浪的传播方向，（°）；$ \theta $ 和$ m $ 为垂直于$ s $ 的方向，（°）；$ {\nabla }_{\overrightarrow{x}} $ 为在$ \overrightarrow{x} $ 空间上的二维微分算子。泥沙数学模型在潮流数学模型的基础上，使用MIKE21软件包中的MT泥沙模块建立，并考虑波浪作用的影响，研究月亮岛和崖州中心渔港防浪堤等工程实施后泥沙运动和地形冲淤情况。悬沙运动方程：
$$ \begin{split} &\frac{\partial \bar{c}}{\partial t}+\bar{u}\frac{\partial \overline{c}}{\partial x}+\bar{v}\frac{\partial \overline{c}}{\partial y}=\frac{1}{h}\frac{\partial }{\partial x}\left(h{D}_{x}\frac{\partial \bar{c}}{\partial x}\right)+\\ &\frac{1}{h}\frac{\partial }{\partial y}\left(h{D}_{y}\frac{\partial \bar{c}}{\partial y}\right)+\sum _{i=1}^{n}\frac{{S}_{i}}{h} \end{split} $$ (10) 式中：
$ \overline{c} $ 表示垂线平均悬沙浓度，kg/m3；$ {D}_{x} $ 、$ {D}_{y} $ 分别为沿$ x $ 、$ y $ 向的悬沙紊动扩散系数，m2/s；$ {S}_{i} $ 为冲淤项函数，kg/m2·s。潮流泥沙数学模型采用局部加密的非结构三角形网格对计算域进行划分。外海区域空间步长较大，在开边界约为2 000 m，工程区域空间步长约为10～15 m，网格如图2。波浪数学模型计算域及网格划分与潮流数学模型相同。
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图 2 潮流和波浪数学模型网格示意图Figure 2. Schematic diagram of the mathematical model grid for tidal currents and waves模型率定和验证使用2020年7月在崖州湾布设的CLSY01潮流测站的大、小潮期水文资料。潮位对比曲线可见图3，大、小潮期流速、流向对比曲线可见图4。大、小潮期间计算和实测潮流的对比数据表明，潮位平均值相对误差介于1.07％～2.09％，流速平均值相对误差介于1.66％～2.17％，流向平均值相对误差介于2.16％～5.49％，模型计算潮位、潮流与实测值曲线变化趋势一致，能反映区域内潮流运动过程和特征。二维潮流数学模型能较好地反映工程海域潮流场的时空分布，可为分析工程后流场、泥沙冲淤提供必要的水动力条件，为海床冲淤演变计算提供支撑。
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图 4 大潮期（上）和小潮期（下）流速流向对比Figure 4. Comparison in flow velocity and direction of spring tide （upper） and neap tide （lower）3. 结果与讨论
3.1 海岸线变化特征
对比岸线遥感解译数据，2020年岸线长度比1990年增长了8.4 km，主要为月亮岛和南山港等人工岸线（图5）。2010年之前崖州湾岸线变化较为缓慢，2010年之后在月亮岛、崖州中心渔港和南山港等工程建成后，岸线变化较大。近30年镇海村至角头岭岸线基本保持稳定；1990—2015年间，盐灶河口岸线呈前进状态，河口西侧岸线前近了约30 m，河口东侧岸线前进了约10 m，2015年月亮岛建成后，盐灶河口岸线由前进转为后退，河口西侧岸线后退了约15 m，河口东侧岸线后退了约20 m，河口逐渐变小，盐灶河形成半封闭的潟湖（图5盐灶河局部图）；宁远河入海口发育三角洲，2010年开始被逐渐人工改造为渔港，由自然岸线变为人工岸线（图5），导致宁远河河口岸线变化剧烈；崖州湾科技城岸线呈前进状态，2010年前后南山港建设期间，岸线前进加剧，近30年科技城岸线整体前进了约80 m（图5科技城局部图）。
3.2 海岸侵蚀淤积特征
2020—2022年岸滩剖面测量结果对比显示（图6、7），剖面ATSY01—ATSY06岸段轻微淤积，这与崖州湾由东向西输沙有关。剖面ATSY07至SY04岸段侵蚀最为严重，该段砂质岸滩干滩较短或基本无干滩，通常以侵蚀陡坎与滩面连接，侵蚀陡坎下部受海浪侵蚀严重，防风林遭到破坏。剖面ATSY11—ATSY12岸段位于月亮岛波影区导致长期淤积。剖面ATSY13—ATSY16岸段具有年际淤积的特征。
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图 6 2020—2022年岸滩剖面侵淤距离Figure 6. Erosion and siltation distance of beach profile from 2020 to 2022![]()
图 7 2020—2022年岸滩剖面侵淤速率Figure 7. Erosion and siltation rate of beach profile from 2020 to 2022其中，剖面SY04（图8）位于月亮岛西侧，2020—2021年滩面向下侵蚀厚度为1.5 m，平均高潮位处向陆侵退约8 m。形态上表现为滩肩变短，滩面坡度无明显变化。2021—2022年滩面向下侵蚀厚度为1.1 m，平均高潮位向陆侵退约9.1 m。
剖面ATSY11（图9）位于月亮岛西侧，受月亮岛及引桥道路建设影响，该区域海流及海浪强度减弱，加上宁远河沿岸由东向西输沙，使得岸滩处于淤积状态。形态上表现为滩肩变宽，滩面坡度无明显变化。2020—2021年岸滩滩面年际向海淤进距离约12 m，2021—2022年向海淤进11.8 m。
剖面SY05位于渔港防浪堤东侧（图10），该岸段侵蚀较为严重，滩面变短，防浪堤的阻浪作用导致水流沿堤向岸冲刷，同时防浪堤阻断了宁远河向东侧的输沙，造成泥沙流失。2020—2021年滩面在平均高潮位处向陆侵退距离约8 m，向下侵蚀厚度约1.4 m。2021—2022年滩面在平均高潮位处向陆侵退距离约13.8 m，向下侵蚀厚度约2.2 m。
3.3 海岸线演变预测分析
根据海岸侵蚀淤积特征，综合岸滩剖面地形、波浪和输沙等资料，基于本文2.2节海岸线演变模型，计算不同年限的岸线变化，计算结果表明：
月亮岛引桥西侧约3.5 km范围内均处于淤积状态，最大淤积宽度位于引桥下，岸线20年后向海最大淤进距离约99 m；该淤积岸段以西约2.4 km范围内的盐灶河口岸线后退明显，岸线20年后最大蚀退距离约33 m；盐灶河口以西至角头岭间岸线基本稳定（图11）。
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图 11 崖州中心渔港以西段岸线演变计算结果Figure 11. Calculation results of coastline evolution in the section west of Yazhou Central Fishing Port崖州中心渔港岸线处于工程遮蔽范围内，岸线形态基本稳定；崖州中心渔港防浪堤东侧岸线20年后最大蚀退距离约24 m，崖州湾科技城岸线20年后向海最大淤进距离约21 m （图12）。
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图 12 崖州中心渔港以东段岸线演变计算结果Figure 12. Calculation results of shoreline evolution in the section east of Yazhou Central Fishing Port3.4 海床冲淤变化分析
2018—2022年海底剖面（图1）单波束测深结果对比显示，除了剖面SY04和SY05在高程值−3 m以浅侵蚀作用较为明显外，其他剖面均无明显侵淤变化。其中，剖面SY04位于盐灶河口东侧海域，剖面近岸发育有沙坝-沟槽，水下岸坡宽阔平缓。对比2018—2022年地形表明，近岸沙坝位置存在轻微的侵蚀，侵蚀厚度约为0.3 m，水下岸坡地形变化不明显（图13）。
剖面SY05位于崖州中心渔港防浪堤东侧海域，近岸发育有沙坝-沟槽，岸滩水下岸坡宽阔平缓。通过对比2018—2022年地形，显示岸滩及近岸沙坝位置存在轻微的侵蚀，侵蚀厚度约为0.6 m，水下岸坡总体无明显变化，但局部存在轻微的淤积（图14）。
根据海底剖面变化特征，海床冲淤变化主要集中在月亮岛至崖州湾科技城海域。基于本文2.3节海床冲淤演变模型，选择实测大潮作为代表潮型，以2020年实测大潮为计算潮型，计算时段为2020年7月4日12时—7月13日12时。崖州湾海域大潮期涨落潮流场可见图15，涨潮流流向集中在NW向，落潮流向主要为SE向，最大涨潮流速及最大落潮流速发生时刻基本在半潮面附近，实测落潮流强于涨潮流，平均落潮流速大于平均涨潮流速，最大落潮流速大于最大涨潮流速。
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图 15 崖州湾海域大潮期潮流场(a) 大潮期涨潮超流场；(b) 大潮期落潮潮流场Figure 15. Tidal current fields of spring tide in Yazhou Bay代表波浪场选取南山港附近海域2020年实测波浪资料进行统计分析，常浪向为SSE向，次常浪向为S向，本次泥沙年淤积计算选取SE、SSE和S向波浪加权后的波向作为代表波向，其波能总和占总波能的85%以上。经推算SE—S向代表波高为0.47 m，合成波向为162°（图16）。
综合潮流观测数据、波浪数据、底质及悬沙资料，建立模型对年淤积情况进行模拟，结果如图17。
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图 17 崖州湾海域年均冲淤分布Figure 17. Annual average distribution of scouring and siltation on the seabed of Yazhou Bay从年均冲淤分布来看，泥沙淤积主要集中在月亮岛波影区、渔港防浪堤西侧以及崖州湾科技城近岸水域，年均淤积强度介于0.04～0.06 m/a。月亮岛外侧、引桥与月亮岛间的通道和渔港防浪堤西侧水域，均由于水动力增强引起海床冲刷，月亮岛外侧水域最大冲刷强度为0.14 m/a，引桥与月亮岛间的通道水域年均冲刷强度为0.03～0.11 m/a，防浪堤东侧的近岸水域年均冲刷强度为0～0.07 m/a。
4. 结论
在月亮岛、崖州中心渔港和南山港等工程建设前，崖州湾只有科技城岸段呈轻微淤积状态，其他岸段基本保持稳定；工程建设后，海岸的整体侵淤状态发生了明显变化。
（1）崖州湾岸滩侵淤状态表现为：盐灶河口以西至角头岭岸段轻微淤积，与崖州湾由东向西输沙有关；盐灶河口至月亮岛西侧岸段侵蚀最为严重，因月亮岛建设改变水流方向导致该岸段海浪作用强烈；月亮岛波影区长期淤积，其引桥西侧淤积最为严重；而渔港防浪堤东侧侵蚀严重，因防浪堤的阻浪作用导致水流沿堤向岸冲刷，同时防浪堤阻断了宁远河向东侧的输沙；崖州湾科技城岸段具有年际淤积的特征。
（2）崖州湾岸线演变20年后表现为：盐灶河以西至角头岭间岸线基本保持稳定；月亮岛引桥下西侧岸线向海最大淤进距离约99 m，盐灶河口岸线最大蚀退距离约33 m，渔港防浪堤东侧岸线最大蚀退距离约24 m，主要原因是月亮岛和崖州中心渔港的建设改变了局部输沙方向，影响了整体冲淤格局；崖州湾科技城岸线向海最大淤进距离约21 m，主要受南山港对海浪及潮流的消减影响。
（3）崖州湾海床冲淤变化表现为：月亮岛波影区、渔港防浪堤西侧以及崖州湾科技城近岸水域，年均淤积强度介于0.04～0.06 m/a，月亮岛外侧水域年均冲刷强度介于0.06～0.14 m/a；渔港防浪堤东侧由近岸向海，由冲刷变为淤积。主要原因是月亮岛和防浪堤的建设造成水动力条件的改变，进而造成海床不同部位的冲刷和淤积。
（4）崖州湾海岸带应尽快完善海岸侵淤动态监测网和数据库，针对部分侵蚀严重岸段，可通过人工补沙、植被修复、沙滩养护等生态防护技术，恢复岸滩宽度、减少沙滩损失，保持生态系统的自然特性，达到固沙和护岸的目的。
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图 2 潮流和波浪数学模型网格示意图
Figure 2. Schematic diagram of the mathematical model grid for tidal currents and waves
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图 4 大潮期（上）和小潮期（下）流速流向对比
Figure 4. Comparison in flow velocity and direction of spring tide （upper） and neap tide （lower）
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图 6 2020—2022年岸滩剖面侵淤距离
Figure 6. Erosion and siltation distance of beach profile from 2020 to 2022
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图 7 2020—2022年岸滩剖面侵淤速率
Figure 7. Erosion and siltation rate of beach profile from 2020 to 2022
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图 11 崖州中心渔港以西段岸线演变计算结果
Figure 11. Calculation results of coastline evolution in the section west of Yazhou Central Fishing Port
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图 12 崖州中心渔港以东段岸线演变计算结果
Figure 12. Calculation results of shoreline evolution in the section east of Yazhou Central Fishing Port
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图 15 崖州湾海域大潮期潮流场
(a) 大潮期涨潮超流场；(b) 大潮期落潮潮流场
Figure 15. Tidal current fields of spring tide in Yazhou Bay
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[1] 梁超,黄磊,崔松雪,等. 近5年三亚海岸线变化研究[J]. 海洋开发与管理,2015,32(5):43-45. LIANG C,HUANG L,CUI S X,et al. Research on the changes of Sanya coastline in the past 5 years[J]. Ocean Development and Management,2015,32(5):43-45.
[2] HUANG L M,TAN Y H,SONG X Y,et al. The status of the ecological environment and a proposed protection strategy in Sanya Bay,Hainan Island,China[J]. Marine Pollution Bulletin,2003,47(1/6):180-186.
[3] 严珍珍,杜小平,范湘涛. 三亚湾海岸动力演变的数值模拟研究[J]. 海岸工程,2019,38(3):176-186. DOI: 10.3969/j.issn.1002-3682.2019.03.002 YAN Z Z,DU X P,FAN X T. Numerical simulation of coastal dynamic evolution of the Sanya Bay[J]. Coastal Engineering,2019,38(3):176-186. DOI: 10.3969/j.issn.1002-3682.2019.03.002
[4] 王艳红,曾成杰,陆培东,等. 三亚湾东段海岸侵蚀与海滩养护[J]. 自然资源学报,2022,37(4):1049-1060. DOI: 10.31497/zrzyxb.20220415 WANG Y H,ZENG C J,LU P D,et al. Beach erosion and nourishment in the east section of Sanya Bay,China[J]. Journal of Natural Resources,2022,37(4):1049-1060. DOI: 10.31497/zrzyxb.20220415
[5] 石海莹,陈周,吕宇波,等. 亚龙湾砂质海岸侵蚀监测和评价[J]. 海洋开发与管理,2021,38(12):80-84. SHI H Y,CHEN Z,LYU Y B,et al. Monitoring and evaluation of erosion in the sandy coast of Yalong Bay[J]. Ocean Development and Management,2021,38(12):80-84.
[6] 刘会欣,张甲波,王刚,等. 海南亚龙湾海滩养护工程前后近岸波流场模拟研究[J]. 海洋湖沼通报,2020,42(4):42-53. LIU H X,ZHANG J B,WANG G,et al. Numerical simulation of nearshore qave height and flow fields before and after beach nourishment project in Yalong Bay[J]. Transactions of Oceanology and Limnology,2020,42(4):42-53.
[7] 张晓浩,黄华梅,吴秋生,等. 三亚市蜈支洲岛海岸侵蚀与沉积的定量分析[J]. 热带海洋学报,2015,34(5):51-56. DOI: 10.11978/2014125 ZHANG X H,HUANG H M,WU Q S,et al. Quantitative analysis of coastal erosion and deposition on Wuzhizhou Island of Sanya City[J]. Journal of Tropical Oceanography,2015,34(5):51-56. DOI: 10.11978/2014125
[8] LI S Z,LV B,YANG Y P,et al. Effects of offshore artificial islands on beach stability of sandy shores:case study of Hongtang Bay,Hainan Province[J]. Frontiers of Earth Science,2022,16(4):876-889. DOI: 10.1007/s11707-021-0964-7
[9] 左书华,谢华亮,崔成,等. 三亚红塘湾海域海床表层沉积物及泥沙运动特征[J]. 海洋地质前沿,2018,34(5):18-23. ZUO S H,XIE H L,CUI C,et al. Characteristics and transportion of surface sediments in Hongtang Bay of Sanya,Hainan Island[J]. Marine Geology Frontiers,2018,34(5):18-23.
[10] 王世俊. 崖州湾岸线变化过程模拟研究[J]. 人民珠江,2016,37(2):26-30. WANG S J. Simulation and study on process of coastline evolution in Yazhou Bay[J]. Pearl River,2016,37(2):26-30.
[11] 童朝锋,田家庆,孟艳秋,等. 崖州湾进港航道回淤特征及机制分析[J]. 中国港湾建设,2022,42(11):1-6. TONG C F,TIAN J Q,MENG Y Q,et al. Analysis on characteristics and mechanism of back-siltation in approach channel in Yazhou Bay[J]. China Harbour Engineering,2022,42(11):1-6.
[12] 潘卫红,张帅,石显耀,等. 海南岛崖州湾宁远河河口区现代沉积特征[J]. 地质与勘探,2020,56(6):1278-1286. PAN W H,ZHANG S,SHI X Y,et al. Features of modern sediments in the estuarine area of the Ningyuan River Bay,Hainan Island[J]. Geology and Exploration,2020,56(6):1278-1286.
[13] 瞿洪宝,苟鹏飞,孙龙飞,等. 海南岛崖州湾表层沉积物空间分布特征及其受控机制[J]. 海洋学报,2021,43(12):70-81. QU H B,GOU P F,SUN L F,et al. Spatial distribution and its controlling mechanism of surface sediments in the Yazhou Bay,Hainan Island[J]. Haiyang Xuebao,2021,43(12):70-81.
[14] 盛辉,张驰,万剑华. 基于多时相遥感数据的海岸线自动提取方法[J]. 海洋科学,2021,45(5):16-22. SHENG H,ZHANG C,WAN J H. Automatic coastline extraction method based on multitemporal remote sensing data[J]. Marine Sciences,2021,45(5):16-22.
[15] 苏倩欣,李高聪,李志强,等. 基于遥感数据的水边线提取方法比较:以海南岛为例[J]. 海洋技术学报,2022,41(2):20-27. SU Q X,LI G C,LI Z Q,et al. Comparing waterline extraction methods based on remote sensing data:take Hainan Island as example[J]. Journal of Ocean Technology,2022,41(2):20-27.
[16] 汪尧峰. 基于无人机遥感的海岸线提取与测量方法[J]. 测绘与空间地理信息,2022,45(10):143-146. WANG Y F. Coastline extraction and measurement method based on UAV remote sensing[J]. Geomatics & Spatial Information Technology,2022,41(2):20-27.
[17] 胡义强,杨骥,荆文龙,等. 基于无人机遥感的海岸带生态环境监测研究[J]. 测绘通报,2022(6):18-24. HU Y Q,YANG J,JING W L,et al. Review of coastal ecological environment monitoring based on unmanned aerial vehicle remote sensing[J]. Bulletin of Surveying and Mapping,2022(6):18-24.
[18] 于得水,单瑞,梅赛,等. 基于GNSS-RTK技术的高精度海岸侵蚀监测方法[J]. 海洋地质前沿,2019,35(9):45-51. YU D S,SHAN R,MEI S,et al. High precision coastal erosion monitoring by using GNSS-RTK technology[J]. Marine Geology Frontiers,2019,35(9):45-51.
[19] 胡高建,戴志军,周晓妍,等. 浙江苍南近岸海域海床冲淤过程研究[J]. 应用海洋学报,2021,40(4):688-697. HU G J,DAI Z J,ZHOU X Y,et al. Process of seabed erosion and accretion on Cangnan nearshore area,Zhejiang Province[J]. Journal of Applied Oceanography,2021,40(4):688-697.
[20] 李蒙蒙,王庆,张安定,等. 最近50a来莱州湾西—南部潮流动力演变的数值模拟研究[J]. 海洋学报,2014,36(5):68-78. LI M M,WANG Q,ZHANG A D,et al. Study on the evolution of the tidal morphodynamic processes in south-western Laizhou Bay based on numerical simulation in the past 50 years[J]. Haiyang Xuebao,2014,36(5):68-78.
[21] 王阳,杨红,张午. 基于MIKE21的江苏如东海上风电场泥沙冲淤数值模拟[J]. 海洋湖沼通报,2021,43(2):48-57. WANG Y,YANG H,ZHANG W. Simulation of sediment erosion and silting on Rudong offshore wind farm project in Jiangsu Province by MIKE21[J]. Transactions of Oceanology and Limnology,2021,43(2):48-57.
[22] 张弛. 沙质海岸横向输运动力机制与数值模拟[M]. 南京:河海大学出版社,2010. ZHANG C. Lateral Transport Dynamics Mechanism and Numerical Simulation of Sandy Coast[M]. Nanjing:Hohai University Press,2010.
[23] 王宁舸,孙林云,孙波,等. 毛里塔尼亚友谊港上下游岸线演变模拟及预测[J]. 海洋工程,2017,35(4):69-75. WANG N G,SUN L Y,SUN B,et al. Integrated simulation and forecast of upstream and downstream coastline evolution at Friendship Port in Mauritania[J]. The Ocean Engineering,2017,35(4):69-75.
[24] 李松喆. 人工岛对沙质海岸动力泥沙环境及岸滩冲淤演变的影响研究[J]. 海洋工程,2021,39(4):144-153. LI S Z. Study on the influence of artificial island on dynamic sediment environment and beach erosion and deposition evolution of sandy coast[J]. The Ocean Engineering,2021,39(4):144-153.
[25] Danish Hydraulic Institute(DHI). MIKE21 Flow Model:Hydrodynamic Module Scientific Documentation[M]. Denmark:DHI,2007.
[26] Danish Hydraulic Institute(DHI). MIKE21 & MIKE3 Flow Model FM Hydrodynamic and Transport Modules CIENTIFICATION Documentation[M]. Denmark:Dhiwater & Environment,2007.
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